金属基复合材料的发展现状及其应用课件.ppt

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1、金属基复合材料的发展现状及其应用无机10-1:李斌1001130415无机10-2：孙鹏1001130525李明奇1001130416孟凡岳1001130521李树卿1001130417宋海亮1001130523一、金属基复合材料的性质二、金属基复合材料的制备三、金属基复合材料的应用四、金属基复合材料的发展现状及存在问题五、参考文献一、金属基复合材料的性质金属基复合材料以金属或合金为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。金属基复合材料具有良好的导热性，导电性，防潮、耐磨、不会老化，不会产生污染等

2、特点。按金属或合金基体的不同，我们可以将金属基复合材料简单的分为：1.用于450℃以下的轻金属基体——铝、镁合金；2.低于650℃—700℃以下的钛合金；3.以及高于1000℃使用的高温合金(超合金)。下面以“碳化钛增强钛基复合材料”为例，具体介绍一下金属基的相关性质和制备方法。钛基钛是一种银白色的过渡金属，其特征为重量轻、强度高、具金属光泽，亦有良好的抗腐蚀能力。由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，被美誉为“太空金属”。钛最有用的两个特性是：1.抗腐蚀性：钛可

3、以安然无恙地躺在各种强酸强碱的溶液中，就连王水也不能腐蚀它。钛也不怕海水，有人曾把一块钛沉到海底，五年以后取上来，上面粘了许多小动物与海底植物，却一点也没有生锈，依旧亮闪闪的。2.钛具有金属中最高的强度－重量比。在非合金的状态下，钛的强度跟某些钢相若，但却还要轻45%。碳化钛为浅灰色，立方晶系，不溶于水，具有很高的化学稳定性，与盐酸、硫酸几乎不起化学反应，但能够溶解于王水，硝酸，以及氢氟酸中，还溶于碱性氧化物的溶液中。可由骨炭与二氧化钛在电炉中加热制得，是硬质合金的重要成分。用作金属陶瓷，具有耐腐蚀、热稳

4、定性好的特点。还可用来制造切削工具，在炼钢工业中用作脱氧剂。碳化钛的晶体结构决定了碳化钛具有高硬度、高熔点、耐磨损以及导电性等基本特征。碳化钛陶瓷是钛、锆、铬过渡金属碳化物中发展最广的材料。TiC增强钛基复合材料的性能主要有三个方面：TiC颗粒的加入在不同程度上影响着材料的室温力学性能和高温力学性能。进一步研究合金的高温力学性能时发现，随着温度的升高，其抗拉强度降低，但与基体钛合金的高温强度相比，由于原位合成增强体非常稳定，能有效地强化基体合金，明显提高了复合材料的高温抗拉强度。TiC颗粒同样提高了复合材

5、料的抗氧化性能，这主要是由于复合材料的氧化首先发生在TiC颗粒处，TiC氧化反应生成TiO2和C，形成薄而致密的氧化层，有效地阻止了材料的继续氧化。增强相TiC对材料的耐磨性能也有所贡献，这是因为TiC具有很高的硬度和耐磨性，并且TiC与基体结合紧密，在摩擦磨损过程中不易脱落从而提高了材料的耐磨性，并且材料的耐磨性随TiC的含量的增加而提高。二、金属基复合材料的制备目前制备金属基复合材料的方法主要有：1.固态法：真空热压扩散结合、超塑性成型/扩散结合、模压、热等静压、粉末冶金法；2.液态法：液态浸渗、

6、真空压铸、反压铸造、半固态铸造；3.喷射成型法：等离子喷涂成型、喷射成型；4.原位生长法由于金属基种类繁多，制备方法各异，所以不能一一介绍，下面以TiC增强钛基的粉末冶金法为例，来简单介绍一下制备方法：粉末冶金法是一种较成熟的颗粒增强复合材料的制备方法将金属粉末和增强相粉末充分混合、成形、烧结得到金属基的复合材料。粉末冶金法基本上不存在界面反应，并且可以通过调整颗粒增强相的粒度和体积分数，使得增强体分布均匀。按增强体加入方式的不同，制备颗粒增强钛基复合材料的方法可分为外加法和原位合成法。外加法是一种传

7、统的粉末冶金工艺制备方法，通过将陶瓷粉末和金属基体粉末进行混合，然后经冷等静压和真空烧结，或者是直接进行热等静压烧结制备。美国某公司采用粉末冶金结合外加法研制出一种Ti系列复合材料，制备过程是将TiＣ粉加入Ti-6Al-4V或Ti-6Al-6V-2Sn合金粉末中，于250℃进行烧结，TiC在烧结过程中通过固相扩散作用发生一定降解反应，与基体呈现冶金结合状态。具体工艺如图下图所示：粉末混合冷等静压真空烧结挤压热等静压模锻三、金属基复合材料的应用1、航空、航天及军事工业的应用：金属基复合材料由于自身的一些特殊

8、优点，在航空、航天和军事部门备受青睐，应用十分广泛。例如DWC特种复合材料公司制造的Cr/Al复合材料就使用在了NASA公司的卫星导波管上，其导电性好，热胀系数小，比原来使用的石墨/环氧树脂导波管要轻30%左右。俄罗斯航空材料研究所将B/Al复合材料用于安飞机的机体结构上，零件重量减小了25%左右。此外，Al基复合材料的低膨胀系数和高弹性模量的特性还有望于制造光学和电子封装壳体零件。更为引人注目的是，在20世纪90年代末，碳化